JPH03502378A - 多層光学誘電被膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ＝ 本願は本発明の培受入に譲渡された１９８８年１０月２０日出願の米国特許出願 筒２６０，４２９号の一部継続である。

米国政府は、ローレンス　リブモア　ナショナル　ラバトリーの運営についての 米国エネルギ省とカリフォニア大学との間の契約Ｗ−７４０５−ＥＮＧ−４８に 属する本発明における権利を有する。

発皿ｑ笈量 １、発明の分野：　本発明は光学素子用の誘電被膜に関し、より詳細には、高エ ネルギの入射光線による損傷に対する耐性を高めた被膜に関する。

２、従来技術：　光学用途のための誘電被膜は一般に適当なガラス、セラミンク または金属気質材料への蒸着、スパッタリング、または低温溶着により形成され る。光学被膜に使用する特定の光学機能および波長は被膜の設計を定める。ここ で、語「被膜の設計」とは、蒸着すべき材料の別々の層の数、これらの層の厚さ および層を形成すべき材料をさして言う、別々の層を形成する材料間の屈折率の 差は被膜の設計との組合せで被膜にその独特な機能を与える物理特性である０例 えば、被膜を反射体、反射防止体、偏光体、および他の光学要素として機能する よにう設計することができる。

従来の被膜では、異なる誘電材料の別々の層を使用すると、通常、高出力レーザ 源からの入射光を受けるときの損傷域値の低い光学被膜となる。従来の被膜にお けるレーザ光誘発損傷は下記要因のうちの１つ又はそれ以上に基因する。

ａ、異なる材料の層間の熱機械的および／または化学的不適合性：ｂ、被膜材料 における光吸収（純シリカより１００〜１００，０００倍大きい）および被膜の 付着中に自然化学量論を維持することができないことにより生じられる局部欠陥 ；Ｃ６付着中に被膜内にほこり、汚れまたは他の光吸収性微粒物が混入すること ；および ｄ、被膜の層に形成される気孔または微構造欠陥の存在。

塊状合成シリカを化学蒸着（ＣＶＤ）法により製造することができる。このよう な方法により製造された純粋なシリカは高エネルギのレーザパルスに対する非常 に良好な耐損傷性を有している。ＣＶＤ法によれば、シリカが各々数オンダスト ロースの厚さである多数の層で付着される。一体合成シリカ素材を形成するのに 数千の層が付着される。

ファイバオブチフク産業界は異なる屈折率を有するシリカ層を使用して光学導波 管予備成形物を製造する方法を開発した０例えば、Ｄ、Ｂ、チック等に発行され た米国特許第３，７３７，２９２号は屈折率を増大させるためにドープされたシ リカコアを有しかつ未ドープシリカの他の被着体を有する光学導波管を述べてい る。

従来技術では、干渉ミラー、干渉フィルタ、偏光フィルタ、反射防止被膜、ビー ムスプリフタ等に使用されるような光学被膜は大部分、ＰＶＤ法（ＰＶＤは物理 蒸着を表わす）または含浸方法によって製造されている。ＰＶＤ法としては、例 えば、真空蒸着、陰極スパッタリング、電子ビームスバッタリング等がある。こ れらの方法の調査表がレーザフォーカス／エレクトロオブチンクス、１９８８年 ５月、ベージ１０９ｆｆにおけるＷ、Ｔ、ビューチャンブ、Ｂ、Ｐ。

ヒチワおよびＭ、Ｈ，イムスによる論文「良好な光学被膜を製造する系統設計ア プローチ」に挙げられている。しかしながら、これらの技術はまだ被膜の光学的 品質に関する改良、例えば、特にレーザ装置用の干渉ミラーに必要とされる改良 を必要としている。これらの方法における被膜は密度および熱膨張係数のような 特性が互いに、また固形基質材料と異なる個々の層で形成される。これらの層は 非晶質固体ではないが、その代り、通常、脱偏光を導びくことができる鮮鋭柱構 造を有する。イオンブレーティングまたはイオンビームスパッタリングにより改 良を達成することができるが、欠陥および気孔を回避することができない、これ らの欠陥および気孔の両方により、光通路における吸収および散乱による損失が 生じる。欠陥が一般に蓄積する層管の目だつ境界は透過光の損失が増大される位 置間でもある。これにより、高い光出力レベル（パワーレーザ）では、層が破壊 されてしまう、更らに、層系はしばしば機械的不安定性が大きく、成る用途、例 えば、ビームスプリッタでは問題を生じる成る物質の使用を必要とする。

被膜を形成する従来方法の他の欠点は（例えばるつぼ材料による汚染による）不 純物を回避することができないという点である。

従来技術を使用して欠陥の数を制限するために、最も少ない可能な数の層を有す る光学被膜が製造されるが、これらの層はそれらの屈折率が互いに可成り異なら なければならない、かくして、使用することができる材料および層状系の使用領 域が非常に限られる。このような層系の例としては、ＳＳｉｆｔ−５ｉｓＮ又は Ｓｔｏｗ　　Ｔｉ１ｔがある。

発泗ヱυｉ斐 本発明の目的は高い入射光線束により生じられる損傷の高い域値を有するように 設計された光学要素用の多層誘電膜を提供することである。

本発明の他の目的はより小さい光学要素を使用することができるか、あるいはエ ネルギレベルを高めることができるように損傷せずにより大きいエネルギ東密度 を扱うことができる光学被膜を提供することである。

本発明の他の目的は眉間に起る内部応力が最小となるように製造される光学要素 用の多層誘電被膜を提供することである。

本発明の他の目的は屈折率がわずかに異なる交互のドープされた層および未ドー プの層よりなり、これらのドープされた層および未ドープの層が熱機械的および 化学的に適合できるようにした多層光学被膜を提供することである。

本発明の他の目的は層を異なるドーパントでドープするか、あるいは同じドーパ ントを異なる濃度で使用することによってドープすることにより、あるいはドー プされた層および未ドープの層を交互にすることによって製造された眉間に屈折 率の差がある多層誘電被膜。

本発明の他の目的は単一の４分の１波長層内の屈折率分布段階的に調整すること ができる多層光学誘電被膜を提供することである。

本発明の他の目的は酸化工程雰囲気を使用して完全に酸化することによって被膜 の層中の光吸収性微粒物を除去することである。

本発明の他の目的は酸化工程雰囲気を使用して被膜材料およびドーパントの化学 量論を調整することによって設計波長での被膜の層の全体光吸収を最小にするこ とである。

本発明の他の目的は熱機械的特性をあまり悪化せずに１００〜１００．０００ま たはそれ以上の層を有する多層誘電被膜を提供することである。

本発明の他の目的は光線による損傷に対する極度の耐性のため、フラッシュラン プのような高パワー広帯域光源に使用することができる被膜を提供することであ る。

本発明の他の目的は一組の工程操作で光学被膜および保護上塗り層よりなる基質 を製造するための手段を提供することである。

本発明のこれらの目的および他の目的によれば、ドープされた材料および未ドー プの材料よりなる多数（代表的には１００より多い）の交互層から形成された光 学被膜が提供される。ドーパントの濃度は、ドープささた層と未ドープの層との 間の屈折率の変化が小さく、代表的には、０．１％と５％との間であるが、特別 なドーパントでは１５％はどに高くなることができるような値に保たれる。これ により、ドープされた層および未ドープの層は熱機械的および化学的に適合でき る。好ましくは、かかる多層被膜は調整された雰囲気、好ましくは、酸素、塩素 、弗素、水またはこれらのガスまたは他の酸化ガスの組合せを含有する酸化雰囲 気中で、被膜が例えば高エネルギレーザパルスからの高エネルギ束密度を受ける ときに全体または局部エネルギ９収を防ぐために被膜に含有されたいずれの微粒 状異物が完全に酸化されるのに十分高い温度で形成される。現在技術により製造 された被膜は、現存技術が被膜材料を完全に酸化することができないため、本発 明により付着された材料より代表的には１０〜１００倍大きい高い吸収度を有す る。化学蒸着（ＣＶＤ）またはプラズマ助長ＣＶＤを使用して形成される被膜で は、種々の層を増量的に形成することができる０例えばプラズマ助長ＣＶＤ法を 使用する場合、５〜１０オングストロームの付着増量を達成することができる。

かかる被膜上には、保護上塗り層としであるいは被膜用の支持基質としても機能 する適当厚さのドープされたあるいは未ドープの層を形成するのがよい。

プラズマ助長ＣＶＤで可能なわずかな付着増量を使用することによって所定の被 膜層内の屈折率の分布を５〜２０オングストロームの増分大きさの分能で調整す ることができる。例えば、正弦波または正弦波の一部に近似する屈折率分布を有 する所定の被膜層または一連の層を形成することができる。

交互のドープされた層および未ドープの層、または異なるドーパントまたはビー １１度の交互層を備えることによって反射性光学被膜が製造され、この場合、層 の各々は反射すべき特定の波長に対して４分の１波長の光学的厚さを有する。か かる反射層の反射率および帯域幅はドープされた層および未ドープの層の対の数 または使用された異ってドープされた層の対の数によって、ならびに眉間の屈折 率の差によって調整される。複合被膜において互に隣接する２つ又はそれ以上の 反射被膜を形成することによって、より大きい帯域幅を有する光学反射体が形成 される。同様に、層の対の数および付着層の４分の１波の光学的厚さを調整する ことによって、１つ以上のスペクトル領域にわたって全反射または部分反射する 光反射体が形成される。

選択的反射性被膜を有利に使用して放電により生じる高温プラズマのような広帯 域光源からのスペクトル出力を調整することができる。反射性被膜よりなる複合 積重ね体が光源を取囲む石英外囲気の内側または外側（又は両方）に付着される 。この複合積重ね体は交互にドープされた層および未ドープの層、または異って ドープされた層の多数組の反射被膜よりなり、特定組の層の各々は反射して光源 媒体の中へ戻すべき波長の４分の１に等しい厚さを有している。

光源用の反射被膜の複合積重ね体は望まない波長を反射して光源媒体の中へ戻し 、所望の波長を透過するように設計されている。

フラッシュランプは付着反射被膜を使用して広帯域スペクトル出力を調整するこ とができる光源の一例である。フランシュランプは急放電によって蓄積電気エネ ルギを光に変換する装置である。フラッシュランプ用の選択反射被膜はフラッシ ュランプの合成シリカ外囲気の内側又は外側に反射被膜の複合積重ね体を被覆す ることによって形成される。この複合反射被膜は多数組の交互のドープされた層 および未ドープの層、または異なってドープされた層より構成され、この場合、 各組の層は特定の波長を反射してフラッシュランプ媒の中へ戻すようになってい る。フラッシュランプ光源用のすべての組の被膜層の複合体は望まない波長を反 射して光源の中へ戻し、所望の波長を透過するようになっている。現存の被膜技 術では、このようなフラッシュランプの反射被膜はフラッシュランプのプラズマ により生じる高い広帯域光線束により容品に損傷され、かくしてこれらの現存技 術の被膜は実用性が制限されている。

ソリッドステートレーザゲイン媒体を返還負荷するのに使用されるフランシュラ ンプは本発明の付着反射被膜を使用して広帯域スペクトル出力を調整することが できるフラッシュランプ光源の一例である。従来技術を使用して製造されたフラ ッシュランプは反射被膜を存しておらず、その結果、ソリッドステート媒体の狭 い吸収帯域に重複する広帯域立体出力の部分のみが返還負荷法に使用される。

吸収帯域に重複しないフラッシュランプからスペクトル出力の部分は使用されな い２本発明によれば、レーザフラッシュランプ用の選択反射被膜は未使用の波長 を反射してフラッシュランプ媒体の中へ戻し、レーザの返還負荷帯域を励磁する 波長を通すようになっている０反射エネルギはフラッシュランプ媒体によって吸 収され、次いで再び放出され、それにより波長の所望範囲にわたってフラッシュ ランプの電気エネルギー光エネルギ変換効率を向上させる。

ネオジムドープソリッドステートレーザ媒体を返還負荷するのに使用されるフラ ッシュランプはドーパントネオジムイオンの返還帯域に合うように広帯域スペク トル出力を調整することができるレーザフラッシュランプ光源の特定の一例であ る。ネオジムイオン返還負荷帯域は４００ｎｍと９４０ｎｍとの間の広いスペク トル領域にわたって生じる。従来技術のフラッシュランプは４００ｎｍより小さ く、９４０ｎ−より大きい波長がソリッドステートレーザ媒体により使用されな いような広帯域出力を有する。ネオジム含有ソリッドステートレーザ材料を返還 負荷するのに使用されるフラッシュランプ用の選択反射被膜は２５０ｎ閣と４０ ｏｎ−との間および９４０ｎｗと１２０ｏｎ−との間の波長を反射してフラッシ ュランプ媒体の中へ戻し、ネオジムイオン返還負荷帯域を励磁する４００ｎ−と ９４０ｎ−との間の波長を通すようになっている０反射されたエネルギはフラン シュランプ媒体により吸収され、次いで再び放出される。

本発明が意図する種類の被膜用の代表的な未ドープ材料は合成シリカである。代 表的なドーパントはＴｉＯ２、Ｇｅ０ｔ　、Ｐｒｏｓ　％　ＦｓＢ　ｚ　Ｏｙ、 Ａｌ１ｚＯ，、ｃｌ、ＣｅｚＯｓ　、Ｓｂｚ○３　、Ｔａｘ　ＯｓおよびＮであ る。これらの代表的なドーパント材料は網羅するものでも制限するものでもなく 、多くの他の要素すなわち材料が、ドーパントとして使用すると、屈折率の変化 を生じる０重要な基準はドープされた層および未ドープの層が熱機械的および化 学的適合性を維持するという点である。

本発明は材料特性の向上した光学被膜を形成する問題に基づいている。光学被膜 は主として欠陥がないべきである０本発明の他の機能はこのような光学被膜を製 造する方法を開発することである。欠陥問題は本発明によれば、光学被膜に関し て、層状ドーピングを有するガラス体よりなる光学被膜によって解決される。

この方法に関して、本発明が基づく問題は本発明によれば、気相法（ＣＶ　Ｄ） によって反応ガラスからの反応付着によりガラス体を生じ、このガラス体をドー プする要素が付着される他の反応ガスを第１反応ガスに加える光学被膜を製造す る方法で解決される。

本発明は光学被膜が基質に対して直角の空間座標における平面で異ってドープさ れたガラス賞マトリックスを有すること、すなわち、層状ドーピングを備えてい ることに基づいている。この光学被膜は個々の層の代わりにガラス体から製造さ れる。ガラス体内の物理的特性を変えるには、製造中、ガラス体をドープする。

ガラス体の異なる平面で異なる屈折率を達成するには、ガラス体を異なる濃度お よび／またはドーパントで層状パターンでドープする。ガラス体、例えば合成シ リカまたは他の光学ガラスは完全緻密な無欠陥の非晶質体であることがよく知ら れている。

反射層をガラス、ガラスセラミックおよびセラミックのような固形基質に付着さ せることができる。この付着に必要とされる基質温度は使用反応ガスにより決ま り、代表的には、約１０００℃であるが、１６００℃はどに高（でもよい。

好適な態様では、ガラスマトリックスは周期的にドープされ、異なるドーピング の周期は互いにならうのがよい。

ドーピングはガラスマトリックスの化学的に純粋な出発材料に対する１種または それ以上の物質の添付物にさしていると解釈し、この添加物はガラスマトリック スの１種又はそれ以上の出発材料との交換で生じてもよい。また、ドーピングは ガラスマトリックスの１種又はそれ以上の出発材料の濃度の増大または減小と等 しくされる。

適当なドーパントはガラスマトリックスに混入することができるあらゆる物質お よび物質混合物を含む、ガラスマトリックスとしてＳｉｎｇを使用する場合、例 えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Ｂ、　　Ａ１、Ｇｅ、　Ｓｎ、　Ｐｂ 、　Ｚｎ、周期律系第４および第５副族の金属、Ｗ、　Ｙ、　Ｌａ、　Ｃｅ、　 Ｎｄ、またはＦを混入することができる。

ドーパントの量はガラスの物理特性５例えば、屈折率、熱膨張係数、吸収および ガラスマトリックス中のドーパントの最大適合性の所望の変化により決まる。ド ーパントは、被膜の使用適性が例えば欠陥により損なわれないような量で使用す るのがよい、ガラスマトリックスは被覆すべきである基質（レンズ）に対する組 成および／または物理特性で適合するのがよい。例えば、ガラスマトリックスと 基質との間、またはガラスマトリックス自身内に熱膨張の差により冷却時に発生 ずる応力を弗素および／またはチタンドーパントの添加により減することができ る。

本発明による光学被膜はガラス体であり、かくして機械的安定性を有する構造体 である。これらの光学被膜は比較的大きな肉厚で生じることができ、従って光学 目的にしばしば役立たずかつ干渉する基質を例えば研削又は研磨により除去する ことができる。このように、ビーム不整合の非常にわずかな事実上無吸収のビー ムスプリフタを製造することができる。

本発明の更らに他の目的、利点および新規な特徴は下記説明に述べられており、 当業者には、下記説明の検討で一部明らかになり、あるいは本発明の実施により 習得することができる０本発明の目的および利点は添付の請求項で指摘された手 段および組合せによって実現に達成することができる。

図１は、従来の絶縁被覆の図式的断面図である。

図２は、当発明にかかる耐損傷性絶縁被覆の図式的断面図である。

図３は、例えば、シリカ及びドーピングしたシリカの層を交互配置して構成され た多重層薄膜絶縁被覆に関し、屈折指数の僅小差をパラメータとして用いてパー セント反射率と層状対の個数の関係を示す。

図４は、多重層薄膜被覆に関し、屈折指数の僅小差と反射被覆の光学帯域中の関 係を示す。

図５は、当発明に従って保護被覆を作成するためのプラズマを用いたＣＶＤシス テムの概略図である。

図６は、当発明に従い、プラズマＣＶＤプロセスを用いて作成した標本被覆に関 し、実測透過率と波長の関係を示す。

図７は、当発明に従い、保護被覆を備えた多重被覆と、当発明に従って形成され た基質の図式的概略図である。

図８は、屈折指数の差が０．０２５となるようにＴｉ０ｚによってドーピングし たシリカと、ドーピングしないシリカを交互配置した１５０個の層状対に関する 算定反射率と波長の関係を示す。

図９は、屈折指数の差が０．０１５となるようにＧｅ０ｘ（又はＰｔ０Ｊによっ てドーピングしたシリカと、ドーピングしないシリカを交互配置した２５０個の 層状対に関する算定反射率と波長の関係を示す。

図１０は、屈折指数の差が０．０１となるようにＦでドーピングしたソリ力とド ーピングしないシリカを交互配置した４００個の層状対に関する算定反射率と波 長の関係を示す。

図１１は、屈折指数の差が０．００４となるように８２０．でドーピングしたシ リカとドーピングしないシリカを交互配置した１２００個の層状対に関する算定 反射率と波長の関係を示す。

図１２は、波長Δλ、と△λ、を反射し、波長△λ−△λ２−△λ、を透過する ように設計された反射性多重被覆で構成される積重ね複合体によって、プラズマ を収容するために使用する溶融シリカ製エンヘローブの内側を被覆するために用 いる高温プラズマ広帯域（△λ）光源の図式的概略図である。

図１３は、波長領域△λ２及び△λ４を透過し、波長領域Δλ。

及び△λ４を反射してフラッシュランププラズマに戻すように設計された反射性 多重層被覆で構成される積重ね体複合体によって、プラズマを収容するために使 用する溶融シリカ製エンベロープの内側を被覆するために用いるフラッシュラン プ広帯域光源の図式的概略図であり、フラッシュランププラズマに対して流入及 び流出する電気及び光エネルギの流れを図式的に説明する。

図１４は、ネオジウムでドーピングしたシリカ固体レーザー媒体のボンピングに 用いられ、紫外線及び赤外線エネルギを反射するための絶縁被覆及び当発明にか かる光学被覆をおおう保護被覆を備えたフラッシュランプエンベローブの壁の図 式的断面図である。

図１５は、図１４に示すフラッシュランプ被覆の紫外線範囲に関する算定％反射 率と波長の関係を示す。

図１６は、干渉鏡の構造を示す。

図１７は、干渉フィルタの構造を示す。

図１８は、非反射性被覆の構造を示す。

好ましい実施例の詳細な説明 添付図面に示す好ましい実施例について詳細に説明する。当発明については、好 ましい実施例と関連して説明するが、当発明はこれ等の実施例にのみ限られるも のでなく、添付クレームで規定される当発明の趣旨及び適用範囲に該当する代替 案件、改変案件及び同等案件も当発明に含まれる。

例えば無機ガラス、セラミック又は金属などの基質１２上に形成された従来の絶 縁被覆１０の図式的断面図を図１に示す、従来の被覆ｌＯは、真空蒸発、スパッ タリング又は低温溶液析出によって作成された。被覆１０は、材料Ａと材料Ｂに よる多数の対をなした層、即ち層状対で構成される。この場合、材料Ａ及びＢの 屈折指数をそれぞれｎａ及びｎｂとする。一般に、材料ＡとＢは、それぞれ物理 特性の異る異った材料である０例えば特定の波長に対する反射性被覆を作る場合 には、材料ＡとＢの個々の層の厚さは、当該材料内における波長の１７４とする 。それぞれの層を構成する材質及び被覆を作るプロセスが異るので、この種被覆 には空洞や局部欠陥のようなエネルギを吸収する部分及び汚染部分、或は、例え ばレーザーパルスのような高エネルギ放射にあたると損傷臨界値を低くする高い 内部熱機械的応力を生ずる。この傾向は、１４．１６として図に示すような異る 材料間の断裂界面において特に著しい。反射性被覆を形成するために必要な異な る材料による層状対の個数は、これ等材料間の屈折指数の差の大きさによって異 なる。一般に、屈折指数の差が大きければ大きい程、必要な層状対の個数は少な くなる。一般に、指数差は、指数の低い方の材料の指数の２０から６０％の範囲 であり、層状対の個数は３０〜４０未満である。通常の被覆を構成する材料の化 学量的＆ｌｌ織は完全に酸化された形でなく、その光学的吸収損失は、所要の完 全に酸化された場合の１０から１００倍程も大きくなる（喚問がある。

当発明にか−る耐損傷性絶縁被覆２０の図式的断面図を図２に示す。耐損傷性絶 縁被覆２０は、一般に、例えば融溶したシリカの基質２２の上に、化学蒸気析出 ＣＶＤ技法を用いて作成される。パルス性プラズマと関連したプロセスを使用す る場合には、析出厚さを５〜１０人にすることができる。個々の被覆層２４．２ ６は、層が所要の厚さになるまで、５〜１０人ずつ継続的に析出させて形成する ０層状対は、ＣＶＤガスプロセスを連続的に実施し、反応性ＣＶＤ混合物に添加 するドーパントの濃度を変えることにより、ドーピングした層としない層で対を 構成するか、又は異ったドーピングを施した層によって対を構成する。

層状対を構成する層２４のうちの一方の屈折プロファイルの指数をｎｌとし、他 方の屈折プロファイルの指数をｎ２とする。任意の層状対の指数プロファイルは 、最大ｎ２からｎ、まで変化する簡単な方形波２７であるか、或は、例えば、屈 折最大指数が０２で最小指数がｎｌの正弦波であっても差支えない。最小指数の 空間的解像度は５〜１０人であり、５〜１ｏ人の析出厚さによって決定される。

ドーピングレベルが充分低い場合には、層間る顕著な界面又は急激な変化を生じ 、被覆全体としては、ドーピングしない基質材料とは一同し性質となって、実質 的には熱機械応力を生しない。例えば純粋な０２のような制御された酸化雰囲気 状態のもとで、例えば１．０００℃以上の充分な高温度で被覆を作成すると、光 吸収性含有物を排除し、損傷の原因となる構造的欠陥を排除し、吸収率を減少さ せ、適当な化学量的ｍ織を保持させることができる。当発明にが＼る反射被覆に 関する光学的吸収損失の測定値は、５００ｎｍの入射光エネルギの０．０００１ ％から０．　ＯＯ０２％まで−あり、従来の被覆の測定値は、一般に０．０５％ であり、せいぜい０．００２％どまりである。従って、当発明にか＼る被覆では 、従来の技術による被覆よりも約１０から１００倍の改善されたことを意味する 。多層反射被覆を作成するには、個別のそれぞれの層の厚さが、次式で定義され る当該材料内での光学的波長の１７４でなくてはならない：を一λ／（４・ｎ） 　　　　　　　　　　　　　（１）こ＼に、Ｌは１／４波長に相当す厚さであり 、λは真空中における波長、ｎは波長λにおける屈折率指数である。従って、Ｃ ＶＤを用いると、数百個更に数十個の層状対で構成される光学的被覆を作成する ことが可能であり、隣接する２つの層の屈折指数の差を極めて小さくすることが できる。ドープした材料とドープしない材料又は、屈折指数が極めて近位したド ーピングの異る材料で構成された層２４．２６を多数交互に配置することにより 、所要の反射特性をもつ被覆２０を形成できる。例えば、当発明にか＼る被覆層 の屈折指数の差を０．１％から５％の範囲内で変えることができる。ドーピング の異る層２４と２６の材質の熱機械的特性は極めて類イ以しており、高温ＣＶＤ によって、密度が大きく、欠陥が無く、光学的吸収性が低く、膜として適正な化 学量組織をもった無定形膜が作られるので、投射される光学的放射に対して、殆 ど純粋な溶融シリカの場合と同程度の優れた耐損傷性をもった被覆２０を製造す ることができる。

従って、当発明に基いて製造した光学被覆は、高出力レーザーに用いると、例え ば純粋な溶融シリカの場合と同程度に、著しく高いエネルギ東密度に耐えること を意味する。従来の技術に基いて作成した薄い膜状の絶縁光学被覆は、レーザ束 密度を高くすることはできない０反射面積が一定である場合、当発明を用いると 、使用する東密度を著しく高くすることができる。当発明にか＼る被覆を用いる と、従来の技術によって作成された被覆を用いた大型リフレクタで取扱わねばな らなかったエネルギレベルを、逼かに小さい面積のりフレフタで取扱うことがで きる。

図３及び図４を参照すると、図２に示す当発明の意味を、図１に示す従来の技術 に基く被覆と比較して理解し易くなるはずである。

隣接する層の間の屈折指数の差ｎｚ−ｎ、を変えた場合における反射率Ｒと光学 被膜層状対の個数との関係を図３に示す、それぞれの層の厚さが波長の１７４に 等しい多重層薄膜絶縁被覆の反射率Ｒは次こ＼に、ｎ、ｎ、及びｎ、は、それぞ れ指数の高い層、指数の低い層及び基質の指数でしり、Ｎは層状対の個数である 。図３に示す反射率の値は、例えばｎ、＝１．４５及びｎ、＝１．４５として算 出されたのである。

図３において、反射率の値を一定とすると、屈折指数間の差が大きくなればなる 程、層状対の個数が少くなることに注意されたい。

図１と関連して一例として説明した従来の技術に基く被覆の場合には、必要な層 状対の個数はせいぜい数十個である。その理由は、従来の技術においては、隣接 する層が、屈折指数の差の大きい著しく異る材料で構成されていることに由る。

一方、当発明は、所要の性能を得るために、屈折指数の差が比較的小さい多数の 層状対を形成することに暴くものである。

ｎ＋””１．４５とした場合の光学被覆のスペクトル帯域中と、隣接層間の屈折 指数の差ｎｚ−ｎ、の関係を図４に示す、各層の厚ざが波長の１７４に等しい多 重薄膜絶縁リフレクタの帯域巾（△λ／λ）は次式で表わされる： こ＼に、△λは、中心を△λ。とする反射帯域の帯域中（高さ１／２、全中）で ある、ｎ２とｎ、の差が小さい場合には、（２）式は次のように簡易化され： こ＼に、△ｎ＝ｎ２−ｎ、及びｎ＝　（ｎｚ＋ｎ＋）／２である。従って、帯域 １１の変化は、眉間の指数差ｎには一正比例することがわかる。

図４から、屈折指数の差を小さくすればする程、帯域巾も小さくなることがわか る。当発明によれば、千単位の極めて多数の層を形成できるので、層の厚さの異 るグループによって、リフレクタ層状対の異る多数個のグループを形成すること ができる。従って；この種の異るリフレクタ層状対は、それぞれ異る波長を反射 するので、それぞれの厚さが、反射させようとする波長で構成される広い帯域の 特定の部分に対応するような一連の層状対を用いることにより、帯域巾が更に広 いリフレクタを形成することができる。当発明を用い、析出層の個数及び光学的 厚さを１ノ４波長になるように制御することにより、複数個のスペクトル領域に わたって全体的又は部分的に反射する光学リフレクタを製造することができる。

当発明に従って一連の層を作成するためのＣＶＤシステム３０を図式的に図５に 示す、このシステムに関しては、５ＰＩＥ第５８４巻“光ファイバの特性記述と 規格（１９８５）の３３−３７頁に、Ｈ，Ｂａｕｃｈ、　Ｖ、　Ｐａｃｑｕｅｔ 　　及び−、　５ｉｅｆｅｒｔの論文として掲載されている。このプロセスは、 マイクロ波空洞３４内に同軸配置されたシリカ又は石英製の管３２の内部で絶縁 被覆を作るために用いられる。

この場合、囲りの管状炉３６を１０００〜１２００℃の高温に加熱し、加熱され た基質の上に膜を析出させ、不要元素の混入、膜の欠陥又は不連続の発生を防止 し、膜に熱機械的な応力がか＼ることを防止する。ガス結合システム３８は、５ ｉＣｆ４．酸素及び、必要に応して１個又は複数のドーパントソースを石英管３ ２の一端に供給する。ガスは、石英管３２のいま一方の端から真空ポンプによっ て石英管３２を通って引き込まれる。石英管にガスが充満すると、パルスゼネレ ータ４４によってトリガされたマグネトロンから放出されたマイクロ波エネルギ が、石英管の軸３１に沿って伝播し、プラズマ４６を形成する。プラズマ４６は 、５ｉＣ１，と酸素間の反応を開始させ、ＳｉＯ□にする。約１．５ａ＋ｓのパ ルス継続時間及び毎秒約１００サイクルの繰返し頻度は、ガスが連続的に流れる ように調節され、プラズマパルスが終ると、残留ガスは流れ出してその代りに新 規にガスが充填されてから次のマイクロ波プラズマが繰返される。

マイクロ波パルスごとに析出される厚さは約５〜１０人であり、毎秒１００個の マイクロ波パルスによって析出する厚さは毎秒５００〜１００人に相当する。即 ち、数秒間で厚さ１８００人の単一層１個が形成され、この厚さは、屈折指数１ ．４５の材質内での波長１０６０ｎｌＩに対して光学的な１７４波長に相当する 。このように、異なるドーピング濃度の１７４波長層を交互に配置することによ り、特定の波長に対する反射被覆が形成される。

図５と関連して説明した石英管の内壁に配置された約１１００個の層状対で構成 される標本被覆の場合の実測透過係数百分率と波長の関係を図６に示す。この標 本被覆は４５０ｎ腸で反射するように設計された。屈折指数の差は０．０１６で あり、層は、異なる屈折指数をもたせるために、Ｆ及びＧｅによってドーピング したものと、ドーピングしないものを交互に配置した。

パルス中が１．０Ｘ１０−’秒で波長が１．０６４μｍレーザーパルスを図６の 光学被覆に照射してレーザ損傷テストを完了した。レーザー損傷に対する実測に よるエネルギ作用臨界値は３６Ｊ／−と決定された。従来の技術による最良の被 覆の場合の損傷臨界値は、パルス中がｌｌ０ＸＩＯ−＠秒の１．０６　ｍレーザ パルスを照射した場合、一般に５から２０Ｊ／−の範囲である。図６に示す被覆 とは異なる当発明にか＼る光学被覆の別の標本を用いて、１．０６４ｍにおける 損傷臨界値について行なったテストの結果によると、パルス中１６ｎｓでパルス 繰返し頻度が３０Ｈｚのパルスを６０秒間照射した場合の損傷臨界値は３５Ｊ／ ｃｄよりも大きかった。連続波（ＣＷ）レーザーソースを用いてスペクトルの可 視領域で行なったレーザー損傷テストによると、図６に示す被覆の損傷臨界値は 、従来の技術による反射被覆の場合の約４倍であった。

当発明に従い、ドーピングした層とドーピングしない層で構成された多重層反射 被覆５０の断面図を図式的に図７に示す０例えば既述べた高温ＣＶＤプロセスに より、例えば溶融シリカ、５ｉｆｔのようなドーピングしない材質の保護被覆５ ２が被覆５０の上に配置される。この種の保護被覆は、構成部品を摩耗から保護 するために、リフレクタ（反射子）、ポラライザ（偏光子）その他の光学部品を ５　お−って形成することができる。表面が損傷した場合には、下部の反射被覆 には影響を及ぼすことなく、この種の保護被覆を補修することができる。

ＣＶＤプロセスによって薄膜として形成できる基質５４を図７に示す。この基質 ５４は、被覆５２を形成する後又は前に形成するこ）　こが可能であり、被覆５ ０を支持する基質として、必要な厚さに作成できる。

１５０から１２００個までの層状対で構成される被覆の算定反射率を図８から１ １までに示す０図に示すように、種々のドーパントを用いて、ドーピングしたＳ ｉＯ□とドーピングしない５ｉＯ１Ｏ層を交互配置して層状対を形成した。反射 率の算定には、標準薄膜計算法を通用し、　Ｆ　ＴＧ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ａｓ ５ｏｃｉａｔｅｓ（ＰＯＢｏｘ　３５８゜Ｃｈａｔｈａｎ、　Ｎｅｗ　　Ｊｅｒ ｓｅｙ、　０７９２８）から人手できる”　ＦＩＬＭ”　ＣＡＬＣ”と称するＩ ＢＭ互換性パーソナルコンビ二−タ用薄膜ソフトフェアプロラムを用いた。

屈折指数の差が０．０２５となるように６モル％ＴｉＯアを用いてドーピングし た層を交互配置した５ｉｎｔの層状対１５０個で構成される被覆の反射率と波長 の関係を図８に示す。

屈折指数の差が０．０１５となるように１０モル％ＧＥＯ□　（又はＰｚＯｓ） を用いてドーピングした層を交互配置した５ｉｆｔの層状対２５０個で構成され る被覆の反射率と波長の関係を図９に示す。

屈折指数の差が０．０１となるように２％下でドーピングした層を交互配置した ５ｉＯｚの層状対４００個で構成される被覆の反射率と波長の関係を図１Ｏに示 す。

屈折指数の差が０．００４となるように５％Ｂ２０．でドーピングした層を交互 配置したＳｔｏｗの層状対１２００個で構成される被覆の反射率と波長の関係を 図１１に示す。

図８−１１に示すように、指数の差が小さくなると、反射率を高くするために必 要な層状対の個数が増加し、帯域巾は減少する。これ等の被覆構造は多数の層状 対で構成されるが、交互配置されるドーピングした層は軽度のドーピングを行な ったに過ぎないので、この種の被覆の損傷臨界値は、ドーピングしないＳｉＯ２ の場合に近似する。

例えば放電によって発生する高温プラズマ５８のような広帯域光源からのスペク トル性出力に適合させるために用いる溶融シリカ製エンベロー１５７上に析出さ せた選択性反射被覆５５の積重ね構造の断面を図式的に図１２に示す、放電は２ 個の導体間で発生し、エンベロープ５７の内部に含まれるガス媒体を貫通する。

図１２に示す光源としては、例えばフラッシュランプを使用する。

耐損傷性反射被覆５５の積重ね複合体は、光源を取囲む溶融シリカ性エンベロー プの内側（図１２に示す）又は外側或は両方に析出される。積重ね複合体は、ド ーピングした層とドーピングしない層、又はドーピングの異なる層を交互配置し た反射被覆の組で構成され、特定の組を構成するそれぞれの層の厚さは、高温プ ラズマ５８内に反射に反射し返そうとする特定波長の１７４とする。反射被覆５ ５の積重ね複合体は、不要な波長６１を高温プラズマ５８内に反射し返し、必要 な波長６２を透過させるように設計される。積重ね複合被覆５５を高温プラズマ ５８に対して保護するために、ドーピングしない厚い被覆層６３を積重ね複合被 覆の上る析出させる。保護被覆については図７にも示されている。保護被覆は、 光源による広帯域光放射の強い光束に起因する光学的損傷に対して高い抵抗性を もつ。

図１３は、フランシュランプ７０に含まれる高温プラズマ７４に対して流入及び 流出する電気エネルギ８０及び光エネルギの流れを図式的に示す、フラッシュラ ンプは強力なパルス状の広帯域光源であり、図式的に示すように、スペクトル領 域△λ７１にわたって有意な光エネルギを出力する。高温プラズマを収容する溶 融シリカ製エンベロー１７６は、その内側が、当発明にか＼る反射被覆７２の積 重ね複合体でお＼われ、スペクトル領域Δλ１７８と△λ、７７及び、スペクト ル領域Δλ２７３とΔλ４７５の過渡光線を反射するように設計されている０反 射された光エネルギ７７．７８は、プラズマ７４によって再吸収されてから、帯 域中△λの広帯域放射７１として再放出される。従って、当発明にか−る反射被 覆を用いると、フラッシュランプからの強力な広帯域出力エネルギが、特定のス ペクトル帯域にわたる１つ又は複数の出力となるよう適合させることができる。

更に、当発明にか＼る反射被覆は、強力な入射光線にあたっても損傷しない。

含ネオジウム固体レーザー増進媒体をボンピングするように特殊設計されたフラ ッシュランプのエンベロープ壁の一部の図式的断面図を図１４に示す。作動中の エンベロープは高温プラズマを収容し、高温プラズマが放出した強力パルス状光 エネルギ出力はエンベロープを貫通し、固体レーザー増進媒体のネオジウムエネ ルギ帯域をボンピングするために使用される。フラッシュランプが発生した光エ ネルギは広帯域である。ホストレーザーのボンピングに必要なエネルギの帯域は 比較的狭く、フラッシュランプのエネルギ出力はホストレーザー媒体をボンピン グできないので、著しく多量のフラッシュランプエネルギ出力が浪費される０図 １３に示すように、不要エネルギをフラッシュランプ媒体に戻すために、フラッ シュランプにはレフレクタを備える。実際には、フラッシュランプ出力の広帯域 出力エネルギは、ホストレーザーのポンプ帯域の帯域中に適合するように工夫す ることができる。この種の工夫により、フラッシュランプを励起する電気エネル ギをレーザー媒体に蓄えられる光エネルギに変換する効率は全体的に高められる 。この種の特殊な場合として、ネオジウムでドーピングした固体レーザーホスト をフラッシュランプ媒体に戻すためのボンピングに使用されない赤外及び紫外波 長のエネルギを反射することにより、フラッシュランプの効率を著しく増大させ ることができる。２５０から４００ｎｍまでの紫外波長及び９４０から１２００ ｎ＋＊までの赤外波長は反射し、４００から９４０ｎｍまでの波長によって、ネ オジウムブドーピングしたレーザーホストをボンピングさせることが望ましい。

ネオジウムでドーピングした固体レーザーホストをボンピングするために使用す るフラッシュランプ用レフレクタの例を図１４に示す。フラッシュランプの外壁 ９０は溶融シリカ管である。壁９０の内表面に、９４０から１２００ｎｍまで反 射するように設計された赤外線反射被覆９２が形成される。この例では、多重層 対のグループの積重ね複合体として赤外線被覆が構成され、これ等の多重層対の 各々が、９４０から１２００ｎ−までの範囲内の所定の波長に対して狭帯域リフ レクタを形成する。

同様に、赤外線反射被覆９２に隣接して、紫外線被覆９４が形成される。この例 では、多重層対のグループの積重ね複合体として紫外線被覆が形成され、これ等 の多重層対の各々が、２５０から４００ｎ調までの範囲内の所定の波長に対して 狭帯域リフレクタを形成する。

フラッシュランプの内表面としては、純粋Ｓｔｏｗの保護被覆９６が形成される 。保護被覆は、反射性層状対のグループを、高温フラッシュランププラズマによ る腐食から保護するように設計される。

この例では、紫外線反射被覆９４をお＼って保護被覆がほどこされる。

図１４に示すフラッシュランプ被覆の紫外線被覆９４の算定反射率と波長の関係 を図１５に示す。この例では、１００個の層状対で構成されるグループ３２個で 形成される積重ね構造体によって紫外線被覆が構成され、これ等の層状対の各々 は、２５０から４５０ｎｍまでの範囲内の特定の波長に対して狭帯域リフレクタ を形成する。

交互配置された層の屈折指数の差は０．０５であり、各層の厚さは光学的な１７ ４波長に等しい。

それぞれの狭帯域リフレクタが、フラッシュランプ用複合広帯域紫外線反射被覆 を形成する層状対の個数、公称波長及び帯域中を表λ１．８△λ　　　　　　　 　　−１秋が東盟玖−如煎　−勧搬一 Σ３２００　層状対 上記のタイプの広帯域リフレクタは、実際には、図１及び８〜１１と関連して説 明したタイプの一連の狭帯域反射被覆を従続接続することによって作成できるこ とを図１４に示す。

当発明にか〜るプロセスによって光学被覆を作成するには、光学ウェーブガイド を作成するために用いる被覆技術の原理、即ち、極めて高純度の材質がち始める ＣＶＤ又はプラズマＣＶＤ技法を用いる。これ等のプロセスにおいては、基質の 異相混合反応による反応気体の反応析出によってガラス体が作られる。この種の 技法の例としては、基質の反応析出を伴ったＣＶＤ、プラズマインパルスＣ■Ｄ 、プラズマ活性化ＣＶＤ、及びＥＣＲマイクロ波Ｃ，ＶＤも含まれる。光学被覆 の作成は、大気圧（ＣＶＤプロセス、プラズマバーナー）、ミリバール範囲（プ ラズマ活性化ＣＶＤ）又はＰａ範囲（ＥＣＲマイクロ波ＣＶＤ）で実施できる。

特に好ましい技法はプラズマインパルスＣＶＤ技法である。

実際には、前記の諸プロセスにおいて、曝気圧が充分高ければ全ての基質を反応 気体として使用できる。この場合の例としては、例えば金属状水素化合物のよう な金属塩化物、有機金属化合物、酸素、炭素酸化物及びアンモニウムが含まれる 。

使用する被覆技法に応じて、偏平または湾曲した基質を被覆することができる０ 例えば、平面干渉鏡、中空干渉鏡、非反射レンズ、偏光鏡等々を作成できる。

被覆技法に応して、被覆実施中は基質を加熱しなければならず、全ての場合に、 反応気体が用いられる。石英ガラス及びセラミックの場合には、基質温度は１６ ００℃に達する。

基質と光学被覆の熱膨張係数の差に起因する応力の発生を防止するために、生産 工程に際して、ガラス体をフッ素及びチタニウム又はそのいずれかによってドー ピングすることができる。この方法を用いると、１０００回以上の周期を含む比 較的厚い光学被膜を作成できる。

当発明にか＼る光学被覆のガラス体用として、ガラス加工技法を用いることがで きる。特に、層を薄くするためのドローイング加工、１　当発明に従って光学被 覆を別のガラス又はガラス体に圧着及び溶融又はそのいずれかを実施させるため の加工技法を用いることができる。この技法を用いる場合には、２つのガラス体 全体を、例えばキルン内で、所要の温度まで加熱してから融着することができる 。

薄いドーピング層、またはドーピングしない部分の厚さは、必要な波長又は波長 範囲（例えば、レーザー用干渉鏡）に応じて調節できる。現在の技術水準とは対 照的に、干渉鏡を用いて到達できるドーピングした部分とドーピングしない部分 との屈折指数の差は僅かに０．０１に過ぎないが、例えば１０００回というよう に周期の回数を大きくすると、０．９９９以上の反射係数さえ達成できる（λ− ５８２ｎｍ、周期長は２００ｎｍ、ガラスの平均屈折指数は１．４５）。

−１的な屈折指数を超過しない材質を用いる限り、当発明にか−る光学被覆では 、任意の所定屈折指数プロファイルを周期的に設定することは容易であり、再現 可能である。そのためには、未処理ガラスの屈折指数を変えるドーピング用気体 の質量流を適切に調節す１　ればよい。ガラス体に所定のスペクトル的透過性能 をもたせることは、質量流調節に基づいて容易に達成できる。

特に、ドーピング用気体の質量流を時間に対して正弦関数的に変化させ、光学被 覆のガラス母材に、それぞれの正弦関数に応じた屈折指数の正弦的変化を概略的 にもたせることにより、屈折指数の急・　激な変化を回避することは困難ではな い。当発明における正弦関数とは、少くともｆ（ｘ）＝Ｓｉｎｘの形で表わすこ とのできる全ての規則的な周期角度関数を含むものとする。更に、変調された正 弦関数（例えばｆ　（ｘ）−５ｉｎｘ　＋　ａＳｉｎ（ｂ　Ｘ））、減衰正弦関 数、正弦指数関数又は正弦対数関数等々も含むものとする。この種の屈折指数パ ターンをもち、−切の干渉性二次帯域をもたない干渉フィルタ又は干渉鏡を作成 することができる。この方法で作成した光学被覆（所定の波長に対して高い反射 率をもつ）は、放射安定度が高く、高エネルギレーザーパルスによる衝撃に対す る破壊臨界値が極めて高い。マイクロ波励起によるプラズマインパルスＣＶＤ技 法によって酸化ガラスからガラス体を作成した場合には、破壊臨界値は特に高く なる。

図１６は干渉鏡の構造を示す。

図１７は干渉フィルタの構造を示す。

図１８は非反射被覆の構造を示す。

図１６は、基質１０２と光学被覆１０３で構成される干渉鏡１０１の詳細を図式 的に示す。光学被覆の薄層状ドーピング１０４の周期は１．５であり、ドーピン グの濃度変化を、干渉鏡１０１の次の１０６図に示す。

１０６圓において、ｄは光学被覆１０３の厚さを示し、Ｃはドーパントの濃度、 従って屈折指数の相対的変化を示し、Ｐは周期に相当する厚さを示し、λ／４は 、波長λの垂直投射放射ｖＡ（矢印）に対する屈折領域である。

概略図を闇易化するためムこ、１．５周期だけを示しであるが、周期は１０００ 回を超過しても差支えない。

図１７は、光学被覆１１３だけで構成された干渉フィルタの詳細を図式的に示す ０図を簡略化するために、薄層状ドーピング】１４の２．５周期だけを光学被覆 １１３に示す。た＼”し、実際には、ドーピング部分１１８は厚さをＰＭを１０ ００周期以上含み、ドーピング部分１１８に続いて継目無しに始まるドーピング 部分１１１は、厚さｐＨを１０００周期以上含むこともある＊’ｉ＊層状ドーピ ング１１４の２．５周期に相当する濃度曲線１１５を、干渉フィルタ１１１の次 の１１６図に示す。この濃度曲線１１５は、別のドーピング部分１１７と１１８ に割当てられ、点ｄ１で結合する２つの正弦関数で表わすことができる。

１１６図において、ｄは光学被覆（１３）のそれぞれの厚さを示し、Ｃはドーパ ントの濃度、従って屈折指数の相対的変化を示し、Ｐ、はドーピング部分（１７ ）における周期に相当する厚さであり、Ｐ２はドーピング部分（１８）における 周期に相当する厚さであり、１　λ、／４は波長λ、の垂直投射放射線に対する 反射範囲であり、λ、／４は波長λ３の垂直投射放射線に対する反射範囲である 。

干渉フィルタ１１１上のスペクトル１１９は、干渉フィルタ１１１の動作を図示 する。スペクトル１１９において、ＴはＯから１００％までの透過率を示し、λ は対応する波長である。矢印１２０は干渉フィルタに直角に投射される“白”光 （又は、別の波長の電磁放射線）を示す。スペクトル範囲λ８はλ、において、 干渉フィルタは干渉鏡のように機能しく図１参照）、矢印１２１で示すこの波長 の入射光線を反射する。矢印１２２で示す反射されない光線は、実際的に妨害さ れることなく干渉フィルタ１１１を透過するので、矢印１２２に生ずる間隙１２ ３は、λｌとλ、のまわりの波長範囲の光（又は電磁放射線）に対する干渉フィ ルタ１１１の不透過性を表わす。

図１７に示すように、ドーピング部分の周期に相当する厚さを変えることにより 、成るスペクトル範囲に対して、干渉フィルタ１１１に不遇過性をもたせること ができる。これに代わる方法として、ドーパントの４度Ｃを変えるか、又は、別 のドーパントを使用するか或はドーパントを追加することにより、又は、ガラス 母材の屈折指数を変える（屈折指数に影響する物質を添加又は削減する）ことに より、或は、上記の方法の組合せによって不透過性を調節できる。

図１８は、レンズ１３２と光学被覆１３３で構成される多重非反射被覆の詳細を 図式的に示す、光学被覆１３３は、４個のドーピング部分１３７．１３８．１３ ９及び１４０ド一ピング濃度の異る２つの薄層状ドーピング１３４で構成される 。１３４から１４０までのドーピング部分の厚さはそれぞれ異り、１３６図の濃 度曲線１３５（ドーパントの濃度曲線）に示される。１３６図におけるｄとＣの 意味は、図１６及び１７の場合と同じである。１３７から１４０までのドーピン グ部分の濃度曲線１３５は実質的には階段状曲線であり、例えば、光学被覆１３ ３の作成に際してドーパントの添加及び削減又はそのいずれかを実施することに より、高品質の所要曲線を容易に達成できる。被覆の濃度は階段状の垂直曲線で 表わされるが、光学被覆がガラス母材だけで構成され、実質的には無定形であり 、事実上無欠陥である６ 色　　　　　をト　　　の ＰＩＣＶＤ技法（欧州特許３６，１９１参照）を用いて、圧力３ｍｂａｒ。

管温度１０００℃において、内径１７．２ｆｉ、被覆部分０．５ｍ、長さ１、２ ５　ｍにわたり、Ｆ及びＧｅドーピングした５ｉＯ１で構成される光学被覆を石 英ガラス管内面にほどこす、光学被覆のガラス体は、極めて高い“繰返し頻度” をもって、原子規模で作成される。この場合、ドーパントの濃度は連続的に変化 する、即ち、濃度はガラス体の単分子層単位で変化する。

ガスゼネレータにより、５０ｉｉ！！の反応気体混合物（ＳｉＣｌ　、　＋Ｇｅ Ｃ１ａ　）　、２００　ｖａｅの０２及び２　ｗＩｌのＣＣｊ！ｚＦｚ（全て２ ０℃、ｌ　ｂａｒにおける量で表わす）を石英ガラス管に供給する。ＧｅＣｊ！ ａの質量流は、質量流量１から７ｍ７！／ｓｉｎの範囲内で、周期８．１秒の正 弦関数に従って制御される。５ｉＣｆ、の質量流は、塩化物の全質量流量が５０ 　ｒａｎ　／ｓｉｎとなるように適当に減量される。

モデルＸＪ１６００、パルス出力５ｋｗ、周波数２．４５ＧＨｚのマグネトロン のマイクロ波パルスによりプラズマが点火される。継続時間２＠ｓ、休止時間約 １０−５のプラズマパルス期間中、各層の厚さが１８１ｎ＊のλ／４層２個が、 ８．１秒間に形成される。パルス休止、管内圧力及び反応気体の質量流を調節し 、被覆形成速度を２．２ｍ／＋ｗｉｎにする。

反応気体内のＣＣＩＺＦＸ含有量２Ｉｌｌを一定に保持し、Ｆドーピングを一定 にすることにより機械的応力を軽減すれば、管の冷却に際して被覆を破壊に導く 内部応力を排除できる。

１０００周期をもつ光学被覆が作成される。結果として、長さ約４０ｃｍにわた り、石英ガラス管に鏡面化された被覆が形成される。

この石英ガラス管を、波長１０６０ｎ−に対して反射係数が０．９９となる片に 切断する。

この鏡は、エネルギ密度が３５Ｊ／−の１０ｎｓレーザーパルスを損傷されるこ となく　（レーザー波長１．０６０ｎｍ）反射するはずである。

著しく優れた特性をもつ光学被覆が当発明によって提供される。

光学被覆は、従来、一般にＰＶＤ技法（物理的蒸気析出）により、個々の層を形 成することにより作成されてきた。この種の層は、特に層と層の界面に多数の欠 陥個所をもち、相互に、また基質において物理的性質が実質的に異る。この新規 な光学被覆は欠陥個所が殆ど無く、優れた物理的性質をもつ、この場合、光学被 覆は、個々の層の代りに、ガラス体から作られる。ガラス体内の物理的性質を変 えるために、製造に際してガラス体をドーピングする。ガラス体の成る領域のわ たって屈折指数に差を生じさせるには、ガラス体を、異る濃度及び／又は異るド ーパントにより、薄層状にドーピングする。この方法により、干渉鏡、干渉フィ ルタ、非反射被覆、偏光フィルタ等を作成できる。

既に記述した当発明の好ましい実施例は、当発明を説明するために記載したもの であり、当発明の全てについて記述することを目的とするものではなく、或は、 当発明を、こ−に開示した精密な形式に制限することを目的とするものでなく、 以上の記述の趣旨から逸脱することなしに種の偏光及び改造を実施することが可 能である。

好ましい実施例は、当発明の原理及び実際的な応用方法を理解し易く記述するた めに選定し、解説したものであるので、当技術分野に習熟した者であれば、当発 明及び種々の実施例を用いて、特定の用途に適するように改変できるはずである 。当発明の適用範囲は、こ＼に添付するクレームによって規定されるものである 。

浄書（内容にτ更ない 層状対の個数 ＦＩＧ、　３ ｏ　　　　　　ｏ、ｏｚ　　　　　Ｏ，６４０，０＆　　　　　０．０６　　　 ｏ−ｔ浄書（内容こ変更なし） ＦＩＧ、５ 浄書（内容に変更なし） 浄書（内容に変更ない 波　　長　　　（八η〜） ＦＩＧ、８ ＦＩＧ、Ｑ 浄’Ｉ（内容に変更なし） ＦＩＧ、　１０ ＦＩＯ，１１ 浄書（内容に変更ない 浄書（内容に変更ない ＦＩＧ、１４ ＦＩＯ，１５ ＦＩＧ、１８ 手続補正帯（方式） ％式％ ２、発明の名称　　　　多層光学誘電被膜３、補正をする者 事件との関係　　出願人 名称　　アメリカ合衆国 ４、代理人 ５、補正命令の日付　　平成３年１月２２日国際調査報告

Claims (47)

【特許請求の範囲】
1. １．強い光線による損傷にたいして耐性であり、所定の原料誘電材よりなる多数 の層を備えた光学被膜において、被膜中の相隣る層は層のうちの少なくともいく つかを１種またはそれ以上のドーパントでドープすることによって生じるわずか に異なる屈折率を有しており、上記１種又はそれ以上のドーパントは被膜の層が 未ドープの原料誘電材料の同じ物理特性および化学特性を実質的に保持し、それ により上記層が熱機械的かつ化学的に適合できるようにわずかな濃度で使用され ることを特徴とする光学被膜。
2. ２．第１層が屈折率ｎ１を有し、第２の隣接層が屈折率ｎ２を有しており、１種 又はそれ以上のドーパントを使用することにより生じる屈折率の差は原料誘電材 の値の０．１％と１５％との間であることを特徴とする請求項１記載の光学被膜 。
3. ３．ドープされた層の数が１００より多いことを特徴とする請求項２記載の光学 被膜。
4. ４．被膜を高エネルギ束密度にさらしたとき、被膜における全体および局部エネ ルギ吸収を減じるかあるいは防ぐために被膜およびそれに含有されたいずれの微 粒状異物をも酸化するのに十分高い濃度で制御雰囲気中で形成したことを特徴と する請求項１記載の光学被膜。
5. ５．微粒状異物を含有した被膜の光吸収損失より１０〜１００倍低い値に等しい 極めて低い光吸収損失を有することを特徴とする請求項４記載の光学被膜。
6. ６．上記層の各々は気孔すなわち微結晶質欠陥を減じるために非晶質状態で全密 度で付着されていることを特徴とする請求項１記載の光学被膜。
7. ７．上記未ドープの原料誘電材は合成シリカＳｉＯ２であることを特徴とする請 求項１記載の光学被膜。
8. ８．原料はＴｉＯ２、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、Ｆ、Ｂ２Ｏ３、Ｎ、Ｔａ２Ｏ５、Ａ ｌ２Ｏ３、Ｃｌ、Ｃｅ２Ｏ２又はＳｂ２Ｏ３の群から選択されるドーピング材で ドープされていることを特徴とする請求項１記載の光学被膜。
9. ９．原料はＧｅＯ２およびＦでドープされていることを特徴とする請求項１記載 の光学被膜。
10. １０．上記薄層は化学蒸着法により形成されたことを特徴とする請求項１記載の 光学被膜。
11. １１．上記化学蒸着法をプラズマ助長したことを特徴とする請求項１０記載の光 学被膜。
12. １２．上記化学蒸着法は１３００℃以上の温度による高温法であることを特徴と する請求項１０記載の光学被膜。
13. １３．上記プラズマ助長化学蒸着法は１０００℃以上の温度による高温法である ことを特徴とする請求項１１記載の光学被膜。
14. １４．上記酸化雰囲気はガスＯ２、Ｈ２Ｏ、Ｃｌ、Ｆ２又はこれらのガスの組合 せの群より選択されることを特徴とする請求項４記載の被膜。
15. １５．上記酸化雰囲気はＯであることを特徴とする請求項１４記載の被膜。
16. １６．光学被膜用の未ドープ原料の保護上塗り層を生じるために上記交互のドー プされた層および未ドープ層に隣接して形成された任意厚さの未ドープ原料より なる１つ又はそれ以上の追加量を備えていることを特徴とする請求項１記載の光 学被膜。
17. １７．上記交互のドープされた層および未ドープの層に隣接して形成された追加 層を備え、外追加層は上記交互のドープされた層および未ドープ層用の支持基質 を構成するのに十分厚く形成されたことを特徴とする請求項１記載の光学被膜。
18. １８．強い光線による損傷に対して耐性であり、少なくともいくつかを１種又は それ以上のドーパントでドープすることによって形成された異なる屈折率を有す る第１の複数の交互層を備え、上記層の各々が第１波長では、４分の１波長の厚 さを有しており、上記第１波長では、第１の狭帯域反射器を構成することを特徴 とする光学反射被膜。
19. １９．上記第１の複数の層に隣接して形成された第２の複数の交互のドープされ た層および未ドープ層を備え、上記第２の複数の層の各々は第２波長では４分の １波長の厚さを有し、上記第２複数の層は第２狭帯域反射体を構成し、上記第１ および第２複数の層の組合せは上記第１反射体又は第２反射体の帯域幅より広い 帯域幅を有する反射体を構成することを特徴とする請求項１８記載の光学被膜。
20. ２０．ガス放電により生じられる強い広帯域発光高湿プラズマを包囲する合成シ リカ外囲気に付けられた多層狭帯域反射体の複合積重ね体よりなり、波長を反射 してプラズマの中へ戻し、所望の波長を合成シリカ外囲器から伝達するように設 計されていることを特徴とする請求項１９記載の光学反射被膜。
21. ２１．広帯域フラッシュランプ光源の合成シリカ外囲気に付着されていることを 特徴とする請求項２０記載の光学反射被膜。
22. ２２．スリッドステートレーザゲイン媒体を出力するのに使用されるフラッシュ ランプ光源の合成シリカ外囲器に付着されることを特徴とする請求項２０記載の 光学反射被膜。
23. ２３．ネオジムドープされたソリッドステートレーザゲイン媒体を返還負荷する のに使用されるフラッシュランプ広帯域光源の合成シリカ外囲器に付着され、或 る所定の波長を反射して、再吸収および再発光すべきプラズマの中へ戻し、それ により上記フラッシュランプの所望の波長で光エネルギヘの電気エネルギの変換 効率を向上させるように設計されていることを特徴とする請求項２２記載の光学 反射被膜。
24. ２４．反射被膜が９５０と１２００ｎｍとの間の赤外線領域内の波長を反射する ことを特徴とする請求項２３の改良。
25. ２５．反射被膜が２５０と４００ｎｍとの間の紫外線領域内の波長を反射するこ とを特徴とする請求項２３の改良。
26. ２６．反射被膜が上記ネオジムドープされたソリッドステートレーザゲイン媒体 の返還負荷帯域に合った光エチレンの伝送を行うように ４００〜９００ｎｍの範囲内の波長を反射しないことを特徴とする請求項２３の 改良。
27. ２７．強い光線による損傷に対して非常に耐性であり、誘電材の非常にわずかな 段階増量付着層で構成され、上記段階増量付着層の各々は相隣る段階増量付着層 の屈折率をわずかに変えて屈折率の所定の段階分布を形成するように１種又はそ れ以上のドーピング材でドープされていることを特徴とする光学被膜。
28. ２８．段階増量付着層は正弦波に近似する屈折率をもたらすようにドープされて いることを特徴とする請求項２７の被膜。
29. ２９．上記段階増量付着層は５〜１０オングストロームの厚さを有することを特 徴とする請求項２７記載の被膜。
30. ３０．層ドーピングを含有する被膜を有するガラス体よりなることを特徴とする 光学被膜。
31. ３１．全ガラス体がドープされており、ドーピングが濃度の層状差を有すること を特徴とする請求項３０記載の光学被膜。
32. ３２．ドーピングの濃度が被膜に対して本質的に直角の矩形パターンで流れてい ることを特徴とする請求項３０記載の光学被膜。
33. ３３．被膜に対して直角に対して直角のドーピングの濃度は本質的に正弦関数に よって示されることを特徴とする請求項３２記載の光学被膜。
34. ３４．周期構造を有することを特徴とする請求項３０記載の光学被膜。
35. ３５．周期構造は０．０１と１０μｍとの間の周期長さを有することを特徴とす る請求項３４記載の光学被膜。
36. ３６．ガラス体は溶融ガラスとして設けられていることを特徴とする請求項３０ 記載の光学被膜。
37. ３７．ガラス体は自己支持性でしることを特徴とする請求項３０記載の光学被膜 。
38. ３８．いくつかのガラス体が互いに接合されていることを特徴とする請求項３７ 記載の光学被膜。
39. ３９．ガラス体は異なる層状周期的ドーピングを含有していることを特徴とする 請求項３０記載の光学被膜。
40. ４０．反射防止被膜として形成されていることを特徴とする請求項３０記載の光 学被膜。
41. ４１．干渉ミラーとして形成されていることを特徴とする請求項３０記載の光学 被膜。
42. ４２．干渉フィルタとして形成されていることを特徴とする請求項３０記載の光 学被膜。
43. ４３．偏光フィルタとして形成されていることを特徴とする請求項３０記載の光 学被膜。
44. ４４．ビームスプリッタとして形成されていることを特徴とする請求項３０記載 の光学被膜。
45. ４５．ガス相化学蒸着法を使用して反応ガスからガラス体を反応蒸着し、 反応ガスに他の反応ガスを加え、この反応ガスからガラス体をドープするための 元素を付着することを特徴とする層状ドーピングで形成されたガラス体として光 学被膜を製造するための方法。
46. ４６．プラズマ活性化化学蒸着法によってガラス体を生じることを特徴とする請 求項４５記載の方法。
47. ４７．プラズマパルス化学蒸着法によってガラス体を生じることを特徴とする請 求項４５記載の方法。